專利名稱：混合勵磁型磁通切換電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)簡單、堅固，具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和較高功率密度的電 機(jī)，尤其是一種能夠?qū)崿F(xiàn)混合勵磁功能的電機(jī)，屬于電機(jī)制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)的不斷加劇，采用永磁勵磁取代電勵磁以節(jié)省能源消耗已成為全 世界的共識，同時由于我國是世界上稀土資源最豐富的國家，開發(fā)研究和推廣應(yīng)用 新型結(jié)構(gòu)的稀土永磁電機(jī)，具有重要的理論意義和實用價值。特別是目前廣泛研究 的混合動力汽車，要求其中的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)體積小、重量輕、效率高、可靠性強(qiáng)， 免維護(hù)、轉(zhuǎn)矩出力大、調(diào)速范圍寬。然而，由于永磁電機(jī)自身存在氣隙磁場無法調(diào) 節(jié)的瓶頸，限制了其在混合動力汽車中的應(yīng)用。絕大多數(shù)的永磁電機(jī)空載永磁磁鏈 都大于直軸電感與額定電流的乘積，永磁電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的 最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速之間是一對無法調(diào)和的矛盾 一方面，增大永磁磁鏈固然可以提高電 機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩輸出能力，同時會限制電機(jī)的高速運(yùn)行(由于不斷增大的空載反電動 勢)；另一方面，當(dāng)逆變器的電流限額和電機(jī)的直軸電感固定時，減小永磁磁鏈有利 于提高電機(jī)的恒功率運(yùn)行范圍但會限制轉(zhuǎn)矩出力。因此，上述永磁電機(jī)的缺點成了 限制其應(yīng)用推廣的瓶頸。而目前出現(xiàn)的以轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)為原型的混合勵磁電機(jī)大 部分都將直流勵磁繞組放置定子。為了給電勵磁磁通提供一條不論是徑向還是軸向 與永磁磁通并行的路徑，所提出的電機(jī)結(jié)構(gòu)都非常復(fù)雜，不論從制造工藝還是成品 化大規(guī)模生產(chǎn)而言，都面臨巨大的挑戰(zhàn)?；旌蟿畲判偷碾姍C(jī)如果為了實現(xiàn)磁場的調(diào) 節(jié)而從結(jié)構(gòu)復(fù)雜度上需要做出重大犧牲，其競爭力將會大打折扣。因此，本發(fā)明提 出了一種新型結(jié)構(gòu)的混合勵磁型磁通切換電機(jī)，以避免出現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而力圖在保 持純永磁式電機(jī)基礎(chǔ)之上不做重大修改即可實現(xiàn)混合勵磁功能。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、魯棒性好的混合勵磁型 磁通切換電機(jī)。該電機(jī)可合理安排電勵磁繞組空間，在不額外增加體積的條件下可進(jìn)一步提高電機(jī)的功率密度，同時通過電勵磁電流和電樞電流的靈活調(diào)節(jié)全方面提 高各項性能，包括最大轉(zhuǎn)矩、恒功率最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速和整個運(yùn)行區(qū)范圍內(nèi)的高效率。技術(shù)方案本發(fā)明的混合勵磁型磁通切換電機(jī)包括定子，永磁體，三相集中 電樞繞組，單相集中勵磁繞組和轉(zhuǎn)子；每兩個定子齒之間設(shè)有一個永磁體，在永磁 體的內(nèi)側(cè)空出一塊面積安置勵磁繞組，三相集中電樞繞組的各線圈均橫跨在兩個定 子齒上，其中，三相集中電樞繞組一共有12個集中電樞線圈，第一集中電樞線圈、 第三集中電樞線圈徑向相對，第二集中電樞線圈、第四集中電樞線圈徑向相對，順 序串連后組成A相電樞繞組；第五集中電樞線圈、第六集中電樞線圈徑向相對，第 七集中電樞線圈、第八集中電樞線圈徑向相對，順序串連后組成B相電樞繞組；第 九集中電樞線圈、第十集中電樞線圈徑向相對，第十一集中電樞線圈、第十二集中 電樞線圈徑向相對,順序串連后組成C相繞組。勵磁繞組一共有12個集中勵磁線圈， 其中第一勵磁繞組線圈、第二勵磁繞組線圈、第三勵磁繞組線圈、第四勵磁繞組線 圈、第五勵磁繞組線圈、第六勵磁繞組線圈、第七勵磁繞組線圈、第八勵磁繞組線 圈、第九勵磁繞組線圈、第十勵磁繞組線圈、第十一勵磁繞組線圈、第十二勵磁繞 組線圈均為集中繞組，橫跨于相^兩塊永磁體下方的槽中，每個槽中分布有兩個線圈為雙層，同一個槽中的兩個線圈通電極性一致，上述12個線圈依次順序首尾串聯(lián)連接，組成單相勵磁繞組。其中定子為U型導(dǎo)磁鐵心單元和永磁體相間拼裝而成。 轉(zhuǎn)子為直槽轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上既無永磁體也無繞組。永磁體是鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁 鋼。電樞繞組為集中繞組。勵磁繞組亦為集中繞組，且在永磁體的下方空間中雙層 排布，其中第一集中勵磁線圈至第十二集中勵磁線圈依次首尾相連，組成單相勵磁繞組，且同一個槽中的兩個勵磁線圈電流方向一致。在勵磁繞組不通電流時，當(dāng)轉(zhuǎn)子與不同的定子齒對齊，永磁體產(chǎn)生的永磁磁通穿過各個集中電樞線圈的方向就會不同，從而產(chǎn)生磁通切換效應(yīng)，導(dǎo)致每相電樞繞組中所匝鏈的永磁磁鏈為雙極性。本發(fā)明最為關(guān)鍵的是，在永磁體的下方空出一塊面積安置單相勵磁繞組，其中每個勵磁繞組槽中放置雙層繞組。對于組成一相的四個電樞繞組線圈而言，第一集中線圈和第三集中線圈徑向相對，在任何轉(zhuǎn)子位置其繞組中匝鏈的磁鏈都數(shù)量和方向相同，對第二集中線圈和第四集中線圈情況相同。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在圖l所示位置時，轉(zhuǎn)子分別有一個齒與第一集中電樞線圈和第二集中電樞線圈的一個定子齒相對，根據(jù)永磁體的磁化方向，兩個電樞線圈中的永磁磁通都從轉(zhuǎn)子齒經(jīng)過氣隙穿進(jìn)定子齒，且數(shù)值最大。此時，若通過第一勵磁繞組線圈和第五勵磁繞組線圈分別施加與永磁磁勢方向相同的電勵磁磁勢，則可以增加距 鏈到第一集中電樞線圈和第二集中電樞線圈中的磁通，從而影響感應(yīng)出的電勢。相 反，如果改變電流方向，使產(chǎn)生的電勵磁磁通與永磁磁通方向相反，則可以減小第 一集中電樞線圈和第二集中電樞線圈中的合成磁鏈，進(jìn)而減小電樞繞組中感應(yīng)的電 勢。可見，通過改變勵磁繞組中的電勵磁電流大小和方向就可以對永磁磁場進(jìn)行調(diào) 節(jié)，從而可以克服上述的純永磁式電機(jī)中的缺點，使得該混合勵磁型磁通切換電機(jī) 能夠滿足不同性能的需求，特別適合于作為交流調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動元件。此外，該電機(jī)結(jié)構(gòu)上的特點導(dǎo)致其具有聚磁效應(yīng)，空載氣隙磁通密度較大，電 機(jī)具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力，功率密度較高；同時，電樞繞組與勵磁繞組都是集中繞組，端部短，電阻較小，效率較高。而且，電樞反應(yīng)磁通和永磁磁通在空間上互 相垂直，磁路上是并聯(lián)關(guān)系，保證了該電機(jī)具有較強(qiáng)的抗去磁能力。有益效果1. 在結(jié)構(gòu)上保留了永磁式磁通切換電機(jī)緊湊、簡單、魯棒性好、適于高速運(yùn)行 的優(yōu)勢；2. 在性能上保留了永磁式電第轉(zhuǎn)矩出力大、功率密度高、高正弦度電勢的優(yōu)勢；3. 增加的一套電勵磁繞組在無需增加電機(jī)體積的條件下即可安放；4. 電機(jī)中的電樞和勵磁兩套繞組都采用集中繞組，端部較短；5. 與已有的混合勵磁電機(jī)(包括轉(zhuǎn)子永磁型和定子永磁型)相比結(jié)構(gòu)簡單，研 制容易。


圖l是本發(fā)明的定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組和勵磁繞組結(jié)構(gòu)示意圖。其中有定子 1，永磁體2，三相集中電樞繞組3、第一集中電樞線圈311、第二集中電樞線圈312、 第三集中電樞線圈313、第四集中電樞線圈314、第五集中電樞線圈321、第六集中 電樞線圈322、第七集中電樞線圈323、第八集中電樞線圈324、第九集中電樞線圈 331、第十集中電樞線圈332、第十一集中電樞線圈333、第十二集中電樞線圈334， 單相勵磁繞組4、第一集中勵磁線圈401、第二集中勵磁線圈402、第三集中勵磁線 圈403、第四集中勵磁線圈404、第五集中勵磁線圈405、第六集中勵磁線圈406、 第七集中勵磁線圈407、第八集中勵磁線圈408、第九集中勵磁線圈409、第十集中 勵磁線圈410、第十一集中勵磁線圈411、第十二集中勵磁線圈412，轉(zhuǎn)子5。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明混合勵磁型磁通切換電機(jī)包括定子鐵心1和轉(zhuǎn)子鐵心5，轉(zhuǎn) 子5位于定子1的內(nèi)部，定子1和轉(zhuǎn)子5都為凸極結(jié)構(gòu)，其中定子鐵心部分由12 個U形導(dǎo)磁鐵心組成，在定子1上設(shè)置有三相集中繞組3、單相勵磁繞組4和12塊 永磁體2;集中繞組3的A相第一繞組線圈311和第三繞組線圈313徑向相對，第二繞組 線圈312和第四繞組線圈314徑向相對，每個繞組線圈套于定子1中兩個相鄰的U 形鐵心的槽中，且上述四個繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連接；定子l中兩個相鄰的 U形導(dǎo)磁鐵心之間設(shè)置有永磁體2;集中繞組3的B相第一繞組線圈321和第三繞組線圈323徑向相對，第二繞組 線圈322和第四繞組線圈324徑向相對。與A相繞組相似，每個繞組線圈套于定子 1中兩個相鄰的U形鐵心的槽中，且上述四個繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連接；定 子1中兩個相鄰的U形導(dǎo)磁鐵心之間設(shè)置有永磁體2;集中繞組3的C相第一繞組線圈331和第三繞組線圈333徑向相對，第二繞組 線圈332和第四繞組線圈334徑向相對。與A相和B相繞組相似，每個繞組線圈套 于定子1中兩個相鄰的U形鐵心的槽中，且上述四個繞組線圈依次順序首尾串聯(lián)連 接；定子1中兩個相鄰的U形導(dǎo)磁鐵心之間設(shè)置有永磁體2;勵磁繞組4 一共有12個線圈，置于每個永磁體下方的空間中為雙層排放方式。 其中第一勵磁繞組線圈401、第二勵磁繞組線圈402、第三勵磁繞組線圈403、第四 勵磁繞組線圈404、第五勵磁繞組線圈405、第六勵磁繞組線圈406、第七勵磁繞組 線圈407、第八勵磁繞組線圈408、第九勵磁繞組線圈409、第十勵磁繞組線圈410、 第十一勵磁繞組線圈411、第十二勵磁繞組線圈412均為集中繞組，橫跨于相鄰兩 塊永磁體下方的槽中，每個槽中分布有兩個線圈為雙層，同一個槽中的兩個線圈通 電極性一致。上述12個線圈依次順序首尾串聯(lián)連接，組成單相勵磁繞組。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在圖1所示位置時，轉(zhuǎn)子5分別有一個齒與第一集中電樞線圈311 和第二集中電樞線圈312的一個定子齒相對，根據(jù)永磁體2的磁化方向，兩個線圈 中的永磁磁通都從轉(zhuǎn)子齒經(jīng)過氣隙穿進(jìn)定子齒，且數(shù)值最大。此時，若通過第一勵 磁繞組線圈401和第五勵磁繞組線圈405分別施加與永磁磁勢方向相同的電勵磁磁 勢，則可以增加匝鏈到第一集中電樞線圈311和第二集中電樞線圈312中的磁通， 從而影響感應(yīng)出的電勢。相反，如果改變電流方向，使產(chǎn)生的電勵磁磁通與永磁磁通方向相反，則可以減小第一集中電樞線圈311和第二集中電樞線圈312中的合成 磁鏈，進(jìn)而減小感應(yīng)的電勢。集中電樞繞組3的B相和C相的線圈的工作原理同上， 可以大大提高電機(jī)性能和工作效率。轉(zhuǎn)子5可以是直槽轉(zhuǎn)子，保證了本發(fā)明在采用集中繞組和轉(zhuǎn)子不斜槽的條件下, 就可獲得正弦度非常高的磁鏈、反電動勢和電感等靜態(tài)特性，從而使本發(fā)明更加適 合于作為交流調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動元件。永磁體2是鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼，定子1和凸極轉(zhuǎn)子5都可以采用硅鋼 片沖片壓疊制成，定子1由U型結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁鐵心拼裝組成。
權(quán)利要求
1.一種混合勵磁型磁通切換電機(jī)，其特征在于該電機(jī)包括定子(1)，永磁體(2)，三相集中電樞繞組(3)，單相集中勵磁繞組(4)和轉(zhuǎn)子(5)；每兩個定子齒之間設(shè)有一個永磁體(2)，在永磁體(2)的內(nèi)側(cè)空出一塊面積安置勵磁繞組(4)，三相集中電樞繞組(3)的各線圈均橫跨在兩個定子齒上。其中，三相集中電樞繞組(3)一共有12個集中電樞線圈，第一集中電樞線圈(311)、第三集中電樞線圈(313)徑向相對，第二集中電樞線圈(312)、第四集中電樞線圈(314)徑向相對，順序串連后組成A相電樞繞組；第五集中電樞線圈(321)、第六集中電樞線圈(322)徑向相對，第七集中電樞線圈(323)、第八集中電樞線圈(324)徑向相對，順序串連后組成B相電樞繞組；第九集中電樞線圈(331)、第十集中電樞線圈(332)徑向相對，第十一集中電樞線圈(333)、第十二集中電樞線圈(334)徑向相對，順序串連后組成C相繞組；勵磁繞組(4)一共有12個集中勵磁線圈，其中第一勵磁繞組線圈(401)、第二勵磁繞組線圈(402)、第三勵磁繞組線圈(403)、第四勵磁繞組線圈(404)、第五勵磁繞組線圈(405)、第六勵磁繞組線圈(406)、第七勵磁繞組線圈(407)、第八勵磁繞組線圈(408)、第九勵磁繞組線圈(409)、第十勵磁繞組線圈(410)、第十一勵磁繞組線圈(411)、第十二勵磁繞組線圈(412)均為集中繞組，橫跨于相鄰兩塊永磁體下方的槽中，每個槽中分布有兩個線圈為雙層，同一個槽中的兩個線圈通電極性一致，上述12個線圈依次順序首尾串聯(lián)連接，組成單相勵磁繞組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁型磁通切換電機(jī)，其特征在于定子(1)為 U型導(dǎo)磁鐵心單元和永磁體(2)相間拼裝而成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁型磁通切換電機(jī)，其特征在于轉(zhuǎn)子(5)為 直槽轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上既無永磁體也無繞組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合勵磁型磁通切換電機(jī)，其特征在于永磁體(2) 是鐵氧體或者釹鐵硼永磁磁鋼。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁型磁通切換電機(jī)，其特征在于電樞繞組(3) 為集中繞組。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁型磁通切換電機(jī)，其特征在于勵磁繞組(4) 為集中繞組，且在永磁體(4)的下方空間中雙層排布。
全文摘要
混合勵磁型磁通切換電機(jī)，一方面定子部分采用了集中電樞繞組與勵磁繞組，直槽轉(zhuǎn)子，永磁體放置于定子；另一方面轉(zhuǎn)子部分為凸極，既無永磁體也無繞組，結(jié)構(gòu)非常簡單而堅固。設(shè)計組成一相電樞繞組的四個集中電樞線圈的電磁性能由相應(yīng)的勵磁繞組線圈通過勵磁電流進(jìn)行控制。在結(jié)構(gòu)上保留了永磁式磁通切換電機(jī)緊湊、簡單、魯棒性好、適于高速運(yùn)行的優(yōu)勢，無需額外增加電機(jī)體積就可以實現(xiàn)混合勵磁功能，保證了該電機(jī)具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)矩輸出能力和較高的功率密度，特別適合于要求體積小出力大的應(yīng)用場合，能夠?qū)崿F(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)的大轉(zhuǎn)矩和恒功率區(qū)的寬調(diào)速功能。
文檔編號H02K21/44GK101277053SQ200810100789
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者明 程, 為 花 申請人:東南大學(xué)